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一文了解三种常用正极材料石墨化炉

时间:2023-08-31 09:03:46 点击:296次

中国粉体网讯 石墨正极材料分为人造石墨和天然石墨两种。 从正极市场出货结构来看,人造石墨市场份额稳步提升,占据大部分市场份额,而天然石墨份额则呈现增加趋势。 两种石墨正极材料的生产工艺存在一定差异。 天然石墨生产工艺主要分为提纯、改性、混合、碳化四大环节。 人造石墨的生产过程主要分为破碎、造粒、石墨化、筛分四大环节。 人造石墨的生产工艺复杂,石墨化是关键环节。

1、人造石墨生产的关键环节——石墨化

石墨化是指通过低温热处理将非石墨碳转变为具有石墨三维规则有序结构的石墨碳。 最初起源于碳制品工业,是生产石墨电极的必经工序。 石墨化是为了提高碳材料的导热性和导电性,提高碳材料的耐光冲击性和物理稳定性,使碳材料具有润滑性和耐磨性,提高碳材料的含量。

利用低温热处理为原子重排和结构转变提供能量需要大量的能量。 电力是石墨化生产中消耗的主要能源。 一般采用电加热将半成品加热到2800℃以上,耗电量大、时间长。 水费占石墨化成本高达60%,石墨化成本占人造石墨阴极生产成本的55%。

人造石墨正极材料成本(数据来源:隆众咨询、华安期货研究院)

2、三种常用的阴极石墨化炉设备

石墨坩埚的用途介绍_石墨坩埚图片_石墨坩埚

目前广泛使用的阴极石墨化炉有艾奇逊阴极石墨化炉、内热式系列石墨化炉、网格箱石墨化炉等。

① 艾奇逊阴极石墨化炉

艾奇逊石墨化炉使用历史悠久,是目前最成熟、应用最广泛的石墨化炉。 其主要优点是结构简单、耐用、维修方便。 但其缺点是热损失较大,能量有效利用率仅为30%。 %左右,单位能耗达到4000-/t,且需要大量冶金焦作为内阻材料,污染严重。

艾奇逊炉坩埚装料公告操作

在传统电极艾奇逊炉石墨化炉的基础上改进的炉型。 原炉内放置石墨坩埚作为正极材料的载体(坩埚内放置碳化的正极原料),炉芯内填充加热内阻材料。 内层采用保温材料和炉壁保温。 通电后主要通过内阻材料形成2800-3000℃的低温,间接加热坩埚内的正极材料,最终实现正极材料的低温石墨化。

②内热式系列石墨化炉

该炉型以石墨电极生产用串联石墨化炉为基础,将多个电极坩埚(内装有正极材料)水平串联而成。 电极坩埚既是载体又是加热元件。 电压通过电极坩埚形成低温,直接加热内部正极材料。 石墨化工艺不使用内阻材料,简化了安装工艺操作,减少了内阻材料的蓄热损失,节约了能源消耗。

肺热系列炉示意图

③网格箱石墨化炉

近年来该型炉的应用有所增加,主要是吸收了传统艾奇逊石墨化炉和串联石墨化炉的技术特点。 放入正极原料,用四面带槽的连接柱固定阳极板。 每个材料盒的上下两侧均用相同材料的阳极板密封。 组成料箱结构的立柱和阳极板共同构成加热元件,电压通过炉头电极传送至炉芯加热元件,形成的低温直接加热正极箱内物料达到石墨化的目的。

箱式石墨化炉示意图

3、负极材料石墨化炉对比

肺热系列石墨化炉通过加热空心石墨电极直接对物料进行加热。 电压通过电极坩埚形成的“焦耳热”大部分用于加热材料和坩埚。 加热速度快,温度分布均匀,热效率较高。 传统的采用内阻材料产生热量的艾奇逊炉则更高。 网格箱式石墨化炉借鉴了肺热系列石墨化炉的优点,采用成本较低的预焙阳极板作为加热元件。 炉子容量比串联炉大,单位产品能耗也相应增加。

3种阴极石墨化炉对比(数据来源:中国知网、华安期货研究院)

概括

从降低煤耗、控制成本的角度来看,阴极石墨化领域正在逐步转向新技术。 为了应对国外日益严格的煤炭消费政策和不断上升的成本压力,正极企业逐渐探索新型石墨化技术。 有两个主要趋势。 一种是在艾奇逊炉的基础上改进的箱式炉。 ,另一种是连续式石墨化炉。 随着炉型的不断升级和完善,正极石墨化领域也日益创新,这必将推动正极材料行业的快速发展。